CN118041177A - 一种海上浮式光伏波浪发电装置及施工方法和运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上浮式光伏波浪发电装置及施工方法和运行方法，海上浮式光伏波浪发电装置包括多个光伏波浪发电单元，光伏波浪发电单元包括处于海面上方的光伏发电部件和半潜于海水内的波浪发电部件，光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，波浪发电部件包括多个与浮式支座铰接并相平行的水平轴，水平轴上套设有多个通过波浪作用相对水平轴转动的发电转筒，水平轴上在每个发电转筒的位置处均绕设固定有定子绕组，发电转筒内侧面处固定有转子绕组，转子绕组和定子绕组配合进行波浪发电。本海上浮式光伏波浪发电装置在占用相同海洋面积的情况下，既能进行光伏发电，又能进行波浪能发电，能充分利用海洋资源。

Description

一种海上浮式光伏波浪发电装置及施工方法和运行方法

技术领域

本发明属于海上清洁能源技术领域，具体涉及一种海上浮式光伏波浪发电装置及施工方法和运行方法。

背景技术

现有的漂浮式海上光伏平台为浮体，并通过锚链锚固于海床，由于浮体始终与海面接触，因此无法抵抗海浪的影响，会在海浪中摇摆不定，影响发电效率和装置安全。另外在海洋上搭建平台进行单一的光伏发电，工程投资大、占地面积大、管理运行不方便，光伏平台所占用区域未能利用波浪资源。

波浪能作为一种蕴含在海洋中的可再生能源，因其可再生性和绿色环保的特点，已成为一种亟待开发且具有战略意义的新能源，而目前波浪能发电很少有实际应用，多数都处在研究阶段。

综上，对于海洋资源的开发利用，目前存在两方面的技术不足，一是现有的漂浮式海上光伏平台不稳定，影响发电效率和正常的维修养护；二是现有的漂浮式海上光伏平台在占用相同海洋面积的情况下，仅能进行光伏发电，浪费海洋资源。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种海上浮式光伏波浪发电装置及施工方法和运行方法，在占用相同海洋面积的情况下，既能进行光伏发电，又能进行波浪能发电，能充分利用海洋资源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种海上浮式光伏波浪发电装置，包括多个光伏波浪发电单元，所述光伏、波浪发电单元包括处于海面上方的光伏发电部件，以及处于所述光伏发电部件正下方且半潜于海水内的波浪发电部件，所述光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，所述波浪发电部件包括多个与浮式支座铰接并相平行的水平轴，所述水平轴上套设有多个通过波浪作用相对水平轴转动的发电转筒，且所述水平轴上在每两个相邻发电转筒之间的位置处均固定有转筒挡板，所述水平轴上在每个发电转筒的位置处均绕设固定有定子绕组，所述发电转筒内侧面处固定有转子绕组，所述转子绕组和定子绕组配合进行波浪发电。

进一步地，所述浮式支座包括四个竖直且插设固定于海床内的定位桩，四个所述定位桩的正投影围成长方形状，每个所述定位桩上均套设有随水位升降的浮式套筒，所述浮式套筒包括处于海面下方的第一压载浮筒，以及固定于第一压载浮筒顶面上且顶端处于海面上方的第一支撑筒，四个所述定位桩围成的区域内设有多个竖直且呈阵列方式排布的浮式筒柱，所述浮式筒柱包括顶面与第一压载浮筒顶面平齐的第二压载浮筒，以及固定于第二压载浮筒顶面上且顶端与第一支撑筒顶端平齐的第二支撑筒；所述水平轴沿左右方向布置且与波浪前进方向垂直，每个所述第一压载浮筒顶端与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒顶端之间均铰接有一个相应的水平轴，且每两个左右相邻的第二压载浮筒顶端之间均铰接有一个相应的水平轴，每个所述第一压载浮筒顶端与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒顶端之间均铰接有一个沿前后方向水平布置的联系轴，且每两个前后相邻的第二压载浮筒顶端之间均铰接有一个联系轴。

进一步地，所述光伏发电部件包括光伏平台，所述光伏平台包括多个与水平轴数目相等且与水平轴平行的第一主梁，以及多个与所述联系轴数目相等且与联系轴平行的第二主梁，每个所述第一主梁处于相应水平轴的正上方，每个所述第二主梁处于相应联系轴的正上方，每个所述第一支撑筒顶端与左侧或右侧相邻的第二支撑筒顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁，且每两个左右相邻的所述第二支撑筒顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁，每个所述第一支撑筒顶端与前侧或后侧相邻的第二支撑筒顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁，且每两个前后相邻的第二支撑筒顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁。

进一步地，每两个前后相邻的所述第一主梁之间均设有一个与第一主梁平行的第一次梁，每两个左右相邻的所述第二主梁之间均设有一个与第二主梁平行的第二次梁，每个所述第一次梁的两端铰接于相应位置处的第二主梁上，每个所述第二次梁的两端铰接于相应位置处的第一主梁上，多个所述第一主梁、多个第二主梁、多个第一次梁和多个第二次梁组成平台框架，所述平台框架上固定有格栅板，所述格栅板上方布置有光伏发电设备。

进一步地，所述第一压载浮筒顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第一轴支座，所述第二压载浮筒顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第二轴支座，每个所述第一压载浮筒顶面的相应第一轴支座与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒顶面的相应第二轴支座之间均铰接有一个相应的水平轴，且每两个左右相邻的所述第二压载浮筒顶面的相应第二轴支座之间均铰接有一个相应的水平轴，每个所述第一压载浮筒顶面的相应第一轴支座与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒顶面的相应第二轴支座之间均铰接有一个相应的联系轴，且每两个前后相邻的所述第二压载浮筒顶面的相应第二轴支座之间均铰接有一个相应的联系轴。

进一步地，所述第一压载浮筒包括第一内筒和设置于第一内筒外侧的第一外筒，所述第一内筒和第一外筒的顶端之间通过水平的第一顶板连接且底端之间通过水平的第一底板连接，所述第一内筒、第一外筒、第一顶板和第一底板组成密封的第一箱体，所述第一内筒、第一外筒和第一支撑筒三者的轴线重合，且所述第一支撑筒的内径与第一内筒的内径相等，并且所述第一支撑筒的外径与第一内筒的外径相等，所述第一支撑筒顶端外边缘一周固定有环形的第一支撑平台，所述第一支撑筒和第一内筒的中部贯通通道配合形成第一插设通道，所述第一插设通道内侧面上从上到下分布有多个圆环形的第一凹槽，每个所述第一凹槽内均卡设有多个第一滚珠，相应所述定位桩穿过第一插设通道并与多个第一滚珠滚动连接。

进一步地，所述第二压载浮筒包括顶端开口且底端封闭的第二内筒，以及设置于第二内筒外侧且顶端和底端均开口的第二外筒，所述第二内筒和第二外筒的顶端之间通过水平的第二顶板连接且底端之间通过水平的第二底板连接，所述第二内筒、第二外筒、第二顶板和第二底板组成封闭的第二箱体，所述第二内筒、第二外筒和第二支撑筒三者的轴线重合，且所述第二支撑筒的内径与第二内筒的内径相等，并且所述第二支撑筒的外径与第二内筒的外径相等，所述第二支撑筒的底端开口且顶端封闭并形成第二支撑平台；所述第二压载浮筒底端固定有圆弧形的配重体，所述配重体的顶端直径与第二外筒的外径相等。

进一步地，所述发电转筒为空心密封浮筒且包括左右两侧的支撑段和中部的中间段，所述支撑段的内筒内侧面处从左到右分布有多个圆环形的第二凹槽，每个所述第二凹槽内均卡设有多个第二滚珠，所述发电转筒通过左侧支撑段和右侧支撑段处的多个第二滚珠与相应的水平轴转动连接，所述水平轴上在每个发电转筒的中间段位置处均绕设固定有定子绕组，所述转子绕组固定于中间段的内筒内侧面处，所述发电转筒的外筒外侧面处固定有多个叶片。

一种海上浮式光伏波浪发电装置的施工方法，以施工其中一个光伏、波浪发电单元为例，包括以下步骤：

S1、工厂制作所述浮式支座，并制作多个所述水平轴和多个发电转筒，并在每个所述水平轴上套设多个发电转筒，得到所述波浪发电部件，并制作所述光伏发电部件的光伏平台，并采购所述光伏发电部件的光伏发电设备；

S2、将所述浮式支座、波浪发电部件以及光伏发电部件运输至现场水域；

S3、将所述浮式支座布置于现场水域，并将各所述水平轴铰接于浮式支座的相应位置处，使所述波浪发电部件半潜于海水内，并将所述光伏发电部件设置于浮式支座上，使所述光伏发电部件处于海面上方。

一种海上浮式光伏波浪发电装置的运行方法，具体为：在波浪作用下，所述水平轴上套设的多个发电转筒相对水平轴转动，进而所述发电转筒上的转子绕组相对水平轴上相应位置处的定子绕组转动，以进行波浪发电，同时通过所述浮式支座支撑且处于海面上方的光伏发电部件在光能作用下进行光伏发电，并且所述光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，以保持动态平衡状态。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明中的海上浮式光伏、波浪发电装置，包括多个光伏、波浪发电单元，光伏、波浪发电单元包括处于海面上方的光伏发电部件，以及处于光伏发电部件正下方且半潜于海水内的波浪发电部件，光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，波浪发电部件包括多个与浮式支座铰接并相平行的水平轴，水平轴上套设有多个通过波浪作用相对水平轴转动的发电转筒，且水平轴上在每两个相邻发电转筒之间的位置处均固定有转筒挡板，水平轴上在每个发电转筒的位置处均绕设固定有定子绕组，发电转筒内侧面处固定有转子绕组，转子绕组和定子绕组配合进行波浪发电；在波浪作用下，水平轴上套设的多个发电转筒相对水平轴转动，将波浪能转换为机械能，同时发电转筒上的转子绕组相对水平轴上相应位置处的定子绕组转动，又将机械能转换为电能，完成波浪发电，同时通过浮式支座支撑且处于海面上方的光伏发电部件在光能作用下进行光伏发电，并且光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，以保持动态平衡状态。由于每个光伏波浪发电单元中的波浪发电部件处于光伏发电部件的正下方，且光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，因此本海上浮式光伏波浪发电装置在占用相同海洋面积的情况下，既能通过光伏发电部件进行光伏发电，又能通过波浪发电部件进行波浪能发电，从而能充分利用海洋资源，另外由于光伏发电部件通过浮式支座支撑并处于海面上方，这样光伏发电部件中的光伏平台不会与海面接触，不会受到海浪的影响，不会在海浪中摇摆不定，从而不会影响光伏发电的效率。

附图说明

图1为本发明的其中一个光伏波浪发电单元中各定位桩、各浮式套筒和各浮式筒柱的俯视结构示意图；

图2为其中一个光伏波浪发电单元中隐藏光伏发电部件后下层波浪发电部件的俯视结构示意图；

图3为图2中显示光伏发电部件后A-A方向的局部结构示意图；

图4为其中一个光伏波浪发电单元中上层光伏平台的俯视结构示意图；

图5为定位桩及相应浮式套筒的主视剖面结构示意图；

图6为图5中的B-B方向剖面结构示意图；

图7为图5中的C-C方向剖面结构示意图；

图8为浮式筒柱的主视剖面结构示意图；

图9为发电转筒的剖面结构示意图；

图10为图9中的D-D方向剖面结构示意图；

图11为图9中的E-E方向剖面结构示意图；

图12为光伏波浪发电单元扩建示意图。

图中附图标记说明：101、水平轴，102、定子绕组，201、发电转筒，2011、加劲板，202、第二滚珠，203、转子绕组，204、叶片，3、转筒挡板，4、定位桩，5、浮式套筒，501、第一压载浮筒，5011、第一内筒，5012、第一外筒，5013、第一顶板，5014、第一底板，5015、加强隔板，502、第一支撑筒，5021、第一支撑平台，503、第一滚珠，6、浮式筒柱，601、第二压载浮筒，6011、第二内筒，6012、第二外筒，6013、第二顶板，6014、第二底板，6015、水平隔板，6016、注入孔，602、第二支撑筒，6021、第二支撑平台，603、配重体，7、联系轴，801、第一主梁，802、第二主梁，803、第一次梁，804、第二次梁，805、格栅板，806、支撑柱，807、光伏板，9、避雷针，10、第一轴支座，11、第二轴支座，F、主波浪前进方向，G、海床面高程，H、静水位，Q、主波浪形状，K、发电转筒的旋转方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以个据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种海上浮式光伏波浪发电装置，包括多个光伏波浪发电单元，光伏波浪发电单元包括处于海面上方的光伏发电部件，以及处于光伏发电部件正下方且半潜于海水内的波浪发电部件，光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，波浪发电部件包括多个与浮式支座铰接并相平行的水平轴101，水平轴101上套设有多个通过波浪作用相对水平轴101转动的发电转筒201，且水平轴101上在每两个相邻发电转筒201之间的位置处均固定有转筒挡板3，水平轴101上在每个发电转筒201的位置处均绕设固定有定子绕组102，发电转筒201内侧面处固定有转子绕组203，转子绕组203和定子绕组102配合进行波浪发电，见图2、3、9和11。其中转筒挡板3呈圆环形并用于对发电转筒201进行限位，避免相邻发电转筒201之间相互影响，转筒挡板3沿径向对分两半制作。

由于每个光伏波浪发电单元中的波浪发电部件处于光伏发电部件的正下方，且光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，因此本海上浮式光伏波浪发电装置在占用相同海洋面积的情况下，既能通过光伏发电部件进行光伏发电，又能通过波浪发电部件进行波浪能发电，从而能充分利用海洋资源，另外由于光伏发电部件通过浮式支座支撑并处于海面上方，这样光伏发电部件中的光伏平台不会与海面接触，不会受到海浪的影响，不会在海浪中摇摆，从而不会影响光伏发电的效率。

其中浮式支座包括四个竖直且插设固定于海床内的定位桩4，定位桩4可采用钢管桩或圆形预制桩，定位桩4以沉桩方式进行固定，四个定位桩4的正投影围成长方形状，每个定位桩4上均套设有随水位升降的浮式套筒5，见图1-4，浮式套筒5包括处于海面下方的第一压载浮筒501，以及固定于第一压载浮筒501顶面上且顶端处于海面上方的第一支撑筒502，见图5，四个定位桩4围成的区域内设有多个竖直且呈阵列方式排布的浮式筒柱6，见图1、2和4，浮式筒柱6包括顶面与第一压载浮筒501顶面平齐的第二压载浮筒601，以及固定于第二压载浮筒601顶面上且顶端与第一支撑筒502顶端平齐的第二支撑筒602，见图8；水平轴101沿左右方向布置且与波浪前进方向垂直，每个第一压载浮筒501顶端与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒601顶端之间均铰接有一个相应的水平轴101，且每两个左右相邻的第二压载浮筒601顶端之间均铰接有一个相应的水平轴101，见图2、3和5，每个第一压载浮筒501顶端与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒601顶端之间均铰接有一个沿前后方向水平布置的联系轴7，且每两个前后相邻的第二压载浮筒601顶端之间均铰接有一个联系轴7，其中联系轴7与波浪前进方向平行，见图2。这样通过各联系轴7使得各浮式套筒5和各浮式筒柱6相互连接在一起。其中图1和图2中F处箭头所指方向为主波浪前进方向，图3和图5中G处表示海床面高程，图5和图8中H处表示静水位。

在一个实施例中，

光伏发电部件包括光伏平台，光伏平台包括多个与水平轴101数目相等且与水平轴101平行的第一主梁801，以及多个与联系轴7数目相等且与联系轴7平行的第二主梁802，每个第一主梁801处于相应水平轴101的正上方，每个第二主梁802处于相应联系轴7的正上方，每个第一支撑筒502顶端与左侧或右侧相邻的第二支撑筒602顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁801，且每两个左右相邻的第二支撑筒602顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁801，每个第一支撑筒502顶端与前侧或后侧相邻的第二支撑筒602顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁802，且每两个前后相邻的第二支撑筒602顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁802，见图4、5和8。

这样光伏平台的各第一主梁801和各第二主梁802将各第一支撑筒502和各第二支撑筒602连接在一起，而各第一支撑筒502套设在相应的定位桩4上，定位桩4对光伏平台整体形成约束，而各第二支撑筒602受到光伏平台的相应第一主梁801和相应第二主梁802的约束，从而各浮式筒柱6受到光伏平台的相应第一主梁801和相应第二主梁802的约束，并在规定位置处为光伏平台的相应第一主梁801和相应第二主梁802提供浮力支撑，减小光伏平台的各第一主梁801和各第二主梁802的跨度。

其中第一主梁801和第二主梁802的两端均为铰接结构，因此能满足浮式套筒5和浮式筒柱6的竖向位移的不均匀性。

每两个前后相邻的第一主梁801之间均设有一个与第一主梁801平行的第一次梁803，每两个左右相邻的第二主梁802之间均设有一个与第二主梁802平行的第二次梁804，每个第一次梁803的两端铰接于相应位置处的第二主梁802上，每个第二次梁804的两端铰接于相应位置处的第一主梁801上，多个第一主梁801、多个第二主梁802、多个第一次梁803和多个第二次梁804组成平台框架，平台框架上固定有格栅板805，格栅板805上方布置有光伏发电设备，见图4。这样通过各第一次梁803和各第二次梁804的设置，能进一步增加平台框架的稳定性。

其中光伏发电设备包括多块光伏板807，每块光伏板807通过多个支撑柱806支撑，其中各支撑柱806下端与相应位置处的第一主梁801、或者第二主梁802、或者第一次梁803、或者第二次梁804固定连接，见图5和8。其中格栅板805由塑料分块制作，格栅板805能增大光伏平台的结构强度，另外风可穿过格栅板805，进而能减小光伏平台所受到的风阻。

其中第一主梁801、第二主梁802、第一次梁803和第二次梁804均为钢梁或混凝土预制梁。

优选地，如图3所示，每个定位桩4顶端设置避雷针9，底端设置主筋并接入海床内，作为接地钢筋，其中接地电阻小于1Ω，避雷针9、定位桩4和接地钢筋构成避雷网，避雷针9可有效保护光伏平台在一定范围内免遭雷击。

在一个实施例中，第一压载浮筒501顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第一轴支座10，见图5和7，第二压载浮筒601顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第二轴支座11，见图8，每个第一压载浮筒501顶面的相应第一轴支座10与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒601顶面的相应第二轴支座11之间均铰接有一个相应的水平轴101，且每两个左右相邻的第二压载浮筒601顶面的相应第二轴支座11之间均铰接有一个相应的水平轴101，见图2和3，每个第一压载浮筒501顶面的相应第一轴支座10与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒601顶面的相应第二轴支座11之间均铰接有一个相应的联系轴7，且每两个前后相邻的第二压载浮筒601顶面的相应第二轴支座11之间均铰接有一个相应的联系轴7，见图2。

在一个实施例中，

如图5-7所示，第一压载浮筒501包括第一内筒5011和设置于第一内筒5011外侧的第一外筒5012，第一内筒5011和第一外筒5012的顶端之间通过水平的第一顶板5013连接且底端之间通过水平的第一底板5014连接，第一内筒5011、第一外筒5012、第一顶板5013和第一底板5014组成密封的第一箱体，第一内筒5011、第一外筒5012和第一支撑筒502三者的轴线重合，且第一支撑筒502的内径与第一内筒5011的内径相等，并且第一支撑筒502的外径与第一内筒5011的外径相等，第一支撑筒502顶端外边缘一周固定有环形的第一支撑平台5021，第一支撑筒502和第一内筒5011的中部贯通通道配合形成第一插设通道，第一插设通道内侧面上从上到下分布有多个圆环形的第一凹槽，每个第一凹槽内均卡设有多个第一滚珠503，相应定位桩4穿过第一插设通道并与多个第一滚珠503滚动连接。其中第一压载浮筒501和第一支撑筒502一体连接，其中第一压载浮筒501内可设置若干个加强隔板5015，以增加第一压载浮筒501的结构强度，其中第一压载浮筒501顶面受到压载水荷载，进而使得第一压载浮筒501的受力更好。

这样当浮式套筒5随水位升降时，第一滚珠503能将浮式套筒5与定位桩4之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，进而减小浮式套筒5上下升降时的阻力。其中第一压载浮筒501为相应的水平轴101和联系轴7提供浮力支撑，第一支撑筒502顶端的第一支撑平台5021为相应的第一主梁801和第二主梁802提供支撑作用。

如图8所示，第二压载浮筒601包括顶端开口且底端封闭的第二内筒6011，以及设置于第二内筒6011外侧且顶端和底端均开口的第二外筒6012，第二内筒6011和第二外筒6012的顶端之间通过水平的第二顶板6013连接且底端之间通过水平的第二底板6014连接，第二内筒6011、第二外筒6012、第二顶板6013和第二底板6014组成封闭的第二箱体，第二内筒6011、第二外筒6012和第二支撑筒602三者的轴线重合，且第二支撑筒602的内径与第二内筒6011的内径相等，并且第二支撑筒602的外径与第二内筒6011的外径相等，第二支撑筒602的底端开口且顶端封闭并形成第二支撑平台6021；第二压载浮筒601底端固定有圆弧形的配重体603，配重体603的顶端直径与第二外筒6012的外径相等，通过设置配重体603使得浮式筒柱6的重心处于浮心之下，能保证浮式筒柱6在水运时的稳定性，在海上浮式光伏、波浪发电装置运行过程中同样发挥作用，能降低光伏发电部件和波浪发电部件的重心。

其中第二压载浮筒601和第二支撑筒602一体连接，其中第二压载浮筒601顶面受到压载水荷载，进而使得第二压载浮筒601的受力更好，如图8所示，其中第二压载浮筒601内设有多个竖向隔板和多个水平隔板6015，竖向隔板和水平隔板6015配合将第二压载浮筒601的内腔分为多个空腔，其中竖向隔板上设有门洞，水平隔板6015上设有进人孔，使得各空腔相互连通，其中第二支撑平台6021上设有进人孔，且第二支撑筒602的中部贯通通道作为进人通道，第二内筒6011侧壁上设有进人孔，以便于工作人员通过第二支撑平台6021上的进人孔进入进人通道内，并从第二内筒6011侧壁上的进人孔进入第二压载浮筒601的空腔内，并通过第二底板6014上设置的注入孔6016完成混凝土的浇筑并形成配重体603，其中浇筑完成后封堵注入孔6016。其中第二压载浮筒601为相应的水平轴101和联系轴7提供浮力支撑，第二支撑筒602顶端的第二支撑平台6021为相应的第一主梁801和第二主梁802提供支撑作用。

另外由于第二支撑筒602的外径与第二内筒6011的外径相等，而第二外筒6012处于第二内筒6011的外侧，这样第二支撑筒602的外径小于第二外筒6012的外径，进而第二支撑筒602的外径小于第二压载浮筒601的外径，因此浮式筒柱6通过外径较大的第二压载浮筒601提供浮力支撑，而外径较小的第二支撑筒602顶端处于海面上方，所受到的波浪冲击力相对较小。

在一个实施例中，如图9-11所示，发电转筒201为空心密封浮筒且包括左右两侧的支撑段和中部的中间段，发电转筒201半潜于海水内且能提供浮力，支撑段的内筒内侧面处从左到右分布有多个圆环形的第二凹槽，每个第二凹槽内均卡设有多个第二滚珠202，发电转筒201通过左侧支撑段和右侧支撑段处的多个第二滚珠202与相应的水平轴101转动连接，水平轴101上在每个发电转筒201的中间段位置处均绕设固定有定子绕组102，转子绕组203固定于中间段的内筒内侧面处，发电转筒201的外筒外侧面处固定有多个弧形的叶片204，叶片204能承接波浪从而带动发电转筒旋转。其中发电转筒201内布置有多个加劲板2011，以增大发电转筒201的结构强度。其中图10和图11中Q处为主波浪形状，H处表示静水位，K处箭头所指方向为发电转筒201的旋转方向。

其中水平轴101采用不锈钢管制作，以便于电缆布置，一个水平轴101上安装多个发电转筒201，能避免各发电转筒201受力不均衡而相互影响，优选地，一个水平轴101上安装四个发电转筒201，其中发电转筒201上沿轴向分布有多排叶片204，每排设置有多个叶片204，相邻两排之间的叶片204相互错开。

一种海上浮式光伏波浪发电装置的施工方法，以施工其中一个光伏波浪发电单元为例，包括以下步骤：

S1、工厂制作各浮式套筒5、各浮式筒柱6和各定位桩4，并制作各水平轴101、各联系轴7和各发电转筒201，并在每个水平轴101上套设多个发电转筒201，得到波浪发电部件，并制作各第一主梁801、各第二主梁802、各第一次梁803、各第二次梁804以及格栅板805，并采购光伏发电设备；

S2、将各浮式套筒5采用水运拖法运输至现场水域，将各浮式套筒5、各定位桩4、波浪发电部件、各第一主梁801、各第二主梁802、各第一次梁803、各第二次梁804、格栅板805和光伏发电设备采用船运方式运输至现场水域；

S3、先将各浮式套筒5按照相应定位桩4的位置就位并浮在海面上，然后将各定位桩4穿过相应浮式套筒5的第一插设通道并固定于海床内，再完成与其中一个定位桩4左右相邻的浮式筒柱6的就位，在相应定位桩4与浮式筒柱6之间安装水平轴101，依此方式，完成与剩余三个定位桩4左右相邻的浮式筒柱6的就位并分别在相应定位桩4与浮式筒柱6之间安装水平轴101，之后完成与其中一个定位桩4前后相邻的浮式筒柱6的就位，在相应定位桩4与浮式筒柱6之间安装联系轴7，依此方式，完成与剩余三个定位桩4前后相邻的浮式筒柱6的就位并分别在相应定位桩4与浮式筒柱6之间安装联系轴7，之后完成其余浮式筒柱6的就位，并完成其余水平轴101和联系轴7的安装；

S4、在每个第一支撑筒502顶端与左侧或右侧相邻的第二支撑筒602顶端之间架设一个相应的第一主梁801，在每两个左右相邻的第二支撑筒602顶端之间均架设一个相应的第一主梁801，在每个第一支撑筒502顶端与前侧或后侧相邻的第二支撑筒602顶端之间均架设一个相应的第二主梁802，在每两个前后相邻的第二支撑筒602顶端之间均架设一个相应的第二主梁802，之后再安装各第一次梁803和各第二次梁804，得到平台框架，并在平台框架上安装格栅板805，在格栅板805上方布置光伏发电设备，其中各发电转筒201半潜于海水内，光伏发电部件处于海面上方。

一种海上浮式光伏波浪发电装置的运行方法，具体为：水平轴101上套设的多个发电转筒201上的叶片204在波浪作用下带动发电转筒201相对水平轴101转动，进而发电转筒201上的转子绕组203相对水平轴101上相应位置处的定子绕组102转动，将波浪的动能转化为发电转筒201转动的机械能，并利用切割磁场原理，将机械能转化为电能，完成波浪发电，同时通过浮式支座支撑且处于海面上方的光伏发电部件在光能作用下进行光伏发电，并且光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，以保持动态平衡状态。

本发明中，通过定位桩4能限制整个光伏发电部件和波浪发电部件的水平位移，使得整个光伏发电部件和波浪发电部件不随意飘动，进而使得光伏发电部件具有抵抗风浪摇摆的能力，其中浮式筒柱6能减小光伏发电部件中第一主梁801和第二主梁802的跨度，防止第一主梁801和第二主梁802弯曲变形，且能减小波浪发电部件中水平轴101的跨度，防止水平轴101弯曲变形，进而防止对发电转筒201的旋转造成影响，并能减小联系轴7的跨度，防止联系轴7弯曲变形。

本发明中，在主波浪前进方向，一个波长内适宜布置一排或两排水平轴101，波浪在经过水平轴101上的发电转筒201后，波浪被打碎并被利用，并形成新的波浪继续前进。

本发明中，在光伏平台上安装光伏发电设备后，为了减少平衡计算，可采用在静水中利用配重调整平衡，即在第一压载浮筒501的第一底板5014上设置预制块并在第二压载浮筒601的第二底板6014上设置预制块进行调整，其中预制块为混凝土预制块。

本发明中，相邻光伏波浪发电单元共用部分定位桩4，见图12，其中图12中M处表示已建光伏波浪发电单元，P处新建光伏波浪发电单元。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：包括多个光伏波浪发电单元，所述光伏波浪发电单元包括处于海面上方的光伏发电部件，以及处于所述光伏发电部件正下方且半潜于海水内的波浪发电部件，所述光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，所述波浪发电部件包括多个与浮式支座铰接并相平行的水平轴(101)，所述水平轴(101)上套设有多个通过波浪作用相对水平轴(101)转动的发电转筒(201)，且所述水平轴(101)上在每两个相邻发电转筒(201)之间的位置处均固定有转筒挡板(3)，所述水平轴(101)上在每个发电转筒(201)的位置处均绕设固定有定子绕组(102)，所述发电转筒(201)内侧面处固定有转子绕组(203)，所述转子绕组(203)和定子绕组(102)配合进行波浪发电。

2.根据权利要求1所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述浮式支座包括四个竖直且插设固定于海床内的定位桩(4)，四个所述定位桩(4)的正投影围成长方形状，每个所述定位桩(4)上均套设有随水位升降的浮式套筒(5)，所述浮式套筒(5)包括处于海面下方的第一压载浮筒(501)，以及固定于第一压载浮筒(501)顶面上且顶端处于海面上方的第一支撑筒(502)，四个所述定位桩(4)围成的区域内设有多个竖直且呈阵列方式排布的浮式筒柱(6)，所述浮式筒柱(6)包括顶面与第一压载浮筒(501)顶面平齐的第二压载浮筒(601)，以及固定于第二压载浮筒(601)顶面上且顶端与第一支撑筒(502)顶端平齐的第二支撑筒(602)；所述水平轴(101)沿左右方向布置且与波浪前进方向垂直，每个所述第一压载浮筒(501)顶端与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒(601)顶端之间均铰接有一个相应的水平轴(101)，且每两个左右相邻的第二压载浮筒(601)顶端之间均铰接有一个相应的水平轴(101)，每个所述第一压载浮筒(501)顶端与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒(601)顶端之间均铰接有一个沿前后方向水平布置的联系轴(7)，且每两个前后相邻的第二压载浮筒(601)顶端之间均铰接有一个联系轴(7)。

3.根据权利要求2所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述光伏发电部件包括光伏平台，所述光伏平台包括多个与水平轴(101)数目相等且与水平轴(101)平行的第一主梁(801)，以及多个与所述联系轴(7)数目相等且与联系轴(7)平行的第二主梁(802)，每个所述第一主梁(801)处于相应水平轴(101)的正上方，每个所述第二主梁(802)处于相应联系轴(7)的正上方，每个所述第一支撑筒(502)顶端与左侧或右侧相邻的第二支撑筒(602)顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁(801)，且每两个左右相邻的所述第二支撑筒(602)顶端之间均铰接有一个相应的第一主梁(801)，每个所述第一支撑筒(502)顶端与前侧或后侧相邻的第二支撑筒(602)顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁(802)，且每两个前后相邻的第二支撑筒(602)顶端之间均铰接有一个相应的第二主梁(802)。

4.根据权利要求3所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：每两个前后相邻的所述第一主梁(801)之间均设有一个与第一主梁(801)平行的第一次梁(803)，每两个左右相邻的所述第二主梁(802)之间均设有一个与第二主梁(802)平行的第二次梁(804)，每个所述第一次梁(803)的两端铰接于相应位置处的第二主梁(802)上，每个所述第二次梁(804)的两端铰接于相应位置处的第一主梁(801)上，多个所述第一主梁(801)、多个第二主梁(802)、多个第一次梁(803)和多个第二次梁(804)组成平台框架，所述平台框架上固定有格栅板(805)，所述格栅板(805)上方布置有光伏发电设备。

5.根据权利要求2所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述第一压载浮筒(501)顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第一轴支座(10)，所述第二压载浮筒(601)顶面的左部、右部、前部和后部处均固定有第二轴支座(11)，每个所述第一压载浮筒(501)顶面的相应第一轴支座(10)与左侧或右侧相邻的第二压载浮筒(601)顶面的相应第二轴支座(11)之间均铰接有一个相应的水平轴(101)，且每两个左右相邻的所述第二压载浮筒(601)顶面的相应第二轴支座(11)之间均铰接有一个相应的水平轴(101)，每个所述第一压载浮筒(501)顶面的相应第一轴支座(10)与前侧或后侧相邻的第二压载浮筒(601)顶面的相应第二轴支座(11)之间均铰接有一个相应的联系轴(7)，且每两个前后相邻的所述第二压载浮筒(601)顶面的相应第二轴支座(11)之间均铰接有一个相应的联系轴(7)。

6.根据权利要求2所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述第一压载浮筒(501)包括第一内筒(5011)和设置于第一内筒(5011)外侧的第一外筒(5012)，所述第一内筒(5011)和第一外筒(5012)的顶端之间通过水平的第一顶板(5013)连接且底端之间通过水平的第一底板(5014)连接，所述第一内筒(5011)、第一外筒(5012)、第一顶板(5013)和第一底板(5014)组成密封的第一箱体，所述第一内筒(5011)、第一外筒(5012)和第一支撑筒(502)三者的轴线重合，且所述第一支撑筒(502)的内径与第一内筒(5011)的内径相等，并且所述第一支撑筒(502)的外径与第一内筒(5011)的外径相等，所述第一支撑筒(502)顶端外边缘一周固定有环形的第一支撑平台(5021)，所述第一支撑筒(502)和第一内筒(5011)的中部贯通通道配合形成第一插设通道，所述第一插设通道内侧面上从上到下分布有多个圆环形的第一凹槽，每个所述第一凹槽内均卡设有多个第一滚珠(503)，相应所述定位桩(4)穿过第一插设通道并与多个第一滚珠(503)滚动连接。

7.根据权利要求2所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述第二压载浮筒(601)包括顶端开口且底端封闭的第二内筒(6011)，以及设置于第二内筒(6011)外侧且顶端和底端均开口的第二外筒(6012)，所述第二内筒(6011)和第二外筒(6012)的顶端之间通过水平的第二顶板(6013)连接且底端之间通过水平的第二底板(6014)连接，所述第二内筒(6011)、第二外筒(6012)、第二顶板(6013)和第二底板(6014)组成封闭的第二箱体，所述第二内筒(6011)、第二外筒(6012)和第二支撑筒(602)三者的轴线重合，且所述第二支撑筒(602)的内径与第二内筒(6011)的内径相等，并且所述第二支撑筒(602)的外径与第二内筒(6011)的外径相等，所述第二支撑筒(602)的底端开口且顶端封闭并形成第二支撑平台(6021)；所述第二压载浮筒(601)底端固定有圆弧形的配重体(603)，所述配重体(603)的顶端直径与第二外筒(6012)的外径相等。

8.根据权利要求1所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置，其特征在于：所述发电转筒(201)为空心密封浮筒且包括左右两侧的支撑段和中部的中间段，所述支撑段的内筒内侧面处从左到右分布有多个圆环形的第二凹槽，每个所述第二凹槽内均卡设有多个第二滚珠(202)，所述发电转筒(201)通过左侧支撑段和右侧支撑段处的多个第二滚珠(202)与相应的水平轴(101)转动连接，所述水平轴(101)上在每个发电转筒(201)的中间段位置处均绕设固定有定子绕组(102)，所述转子绕组(203)固定于中间段的内筒内侧面处，所述发电转筒(201)的外筒外侧面处固定有多个叶片(204)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置的施工方法，以施工其中一个光伏波浪发电单元为例，其特征在于，包括以下步骤：

S1、工厂制作所述浮式支座，并制作多个所述水平轴(101)和多个发电转筒(201)，并在每个所述水平轴(101)上套设多个发电转筒(201)，得到所述波浪发电部件，并制作所述光伏发电部件的光伏平台，并采购所述光伏发电部件的光伏发电设备；

S2、将所述浮式支座、波浪发电部件以及光伏发电部件运输至现场水域；

S3、将所述浮式支座布置于现场水域，并将各所述水平轴(101)铰接于浮式支座的相应位置处，使所述波浪发电部件半潜于海水内，并将所述光伏发电部件设置于浮式支座上，使所述光伏发电部件处于海面上方。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种海上浮式光伏波浪发电装置的运行方法，其特征在于，具体为：在波浪作用下，所述水平轴(101)上套设的多个发电转筒(201)相对水平轴(101)转动，进而所述发电转筒(201)上的转子绕组(203)相对水平轴(101)上相应位置处的定子绕组(102)转动，以进行波浪发电，同时通过所述浮式支座支撑且处于海面上方的光伏发电部件在光能作用下进行光伏发电，并且所述光伏发电部件和波浪发电部件共用浮式支座并随水位升降，以保持动态平衡状态。